正在考虑构建自己的蜂窝模块?这是需要付出的代价

插图：© IoT For All → 物联网工程师是“专家中的专家”。他们掌握计算机科学、硬件设计，同时也能根据特定的应用场景匹配功能集。他们了解微控制器、固件和网络连接知识，并知道如何将这些元素整合起来，为用户提供真正的价值。即便你身边有这样高水平的专家，也不一定非要从头开始构建你物联网产品的所有组件。 以蜂窝模块为例：即在蜂窝物联网设备中用于发送和接收数据的芯片组和软件。随着Cat 1、NB-IoT和LTE-M等专为物联网设计的蜂窝技术的兴起，通过移动网络连接产品变得前所未有的流行。事实上，到2026年，蜂窝物联网市场预计将几乎翻倍，达到约610亿美元。 “如果你是在现有产品中添加物联网功能，或者目标市场不是最大的区域市场，那么明智的商业选择通常是与物联网模块供应商合作，而不是自己从零开始构建。”——Blues Wireless推文 但蜂窝连接包含许多变量，而创建这些物联网连接的模块也相当复杂。当然，如果你有一支合适的团队，也可以自己构建。问题在于，除非你大规模部署，达到数百万台设备的使用规模，否则你很难看到这种投资的回报。 此外，目前市面上已有许多灵活可靠、性能稳定的蜂窝模块可供选择。一些模块专为即插即用而设计，具有嵌入式SIM卡，预配置的网络访问权限，电源管理固件，甚至通过虚拟移动网络运营商（MVNO）提供的预付费连接。如果你是在现有产品中添加物联网功能，或者目标市场不是最大的区域市场，那么明智的商业选择通常是与物联网模块供应商合作，而不是自己从零开始构建。 为什么？用一句话概括：复杂度。 以下是构建一个蜂窝物联网模块所需的要素，以及为何从值得信赖的合作伙伴处采购模块和支持服务往往是更优的选择。 **蜂窝模块设计的四大要素** 构建蜂窝模块不是一项单一任务，而是一个广泛的工程设计项目，涵盖多个组件和计算机科学的不同领域，每个领域都需要深入的专业知识。本质上，设计蜂窝模块需要在以下四个方面进行高强度的工作： **要素一：硬件设计** 让我们从蜂窝模块的物理部分开始：调制解调器、天线（或多个天线）以及处理数据流量的微控制器单元（MCU）。除了调制解调器制造商，几乎没有人会从零开始构建一个调制解调器。这意味着你必须选择符合你使用场景技术要求的第三方调制解调器，包括区域部署、带宽需求和合适的功耗表现。你需要选择一个天线（例如Cat 1 bis等单天线技术）或多个天线（用于双天线应用）。同时，你也需要一个能够与调制解调器无缝对接的MCU，以处理设备与用户应用之间的连接。 在当前全球供应链不稳定的情况下，并不能保证上述三种技术一定能获得供应或保持价格合理。 但选择正确的设备仅仅是开始： 为了使调制解调器正常工作，你必须与制造商的现场应用工程师密切合作，耗费大量时间。 要传输数据，你需要将天线完全整合。你还需针对不同的蜂窝频段和连接选项进行优化集成。 即使你成功优化了硬件，还有一个重要步骤：法规合规性。你的硬件必须通过PTCRB认证，以确保与全球网络的互操作性。此外，根据你设备的部署地点，你可能还需要通过美国联邦通信委员会（FCC）、欧盟（CE认证）或其他地区监管机构的认证。这些认证并不便宜，获取过程也需要大量工作。 **要素二：固件开发** 即使是经验丰富的固件开发者，在面对蜂窝模块这一高度专业化的领域时，也可能需要学习很多内容。为了说明其复杂性，以下是一个为定制物联网芯片开发固件的不完全任务列表： - 选择固件堆栈的生态系统（如Zephyr、FreeRTOS、ThreadX、Linux等） - 确保所选生态系统完全支持你选择的调制解调器和芯片组 - 编写新的调制解调器驱动程序，能够封装所有调制解调器功能的AT指令 - 调试驱动程序中的所有AT指令 - 设计所有MCU的空中升级功能 - 选择设备物理内存的加密技术（如VPN、安全元素、TLS等） - 决定如何打包设备与云端之间的数据 - 为数据选择结构化格式（如Protocol Buffers、JSON等） 当然，一旦固件编写完成，你还需要对其进行维护。当你构建一个定制的蜂窝模块时，你必须独自承担整个系统的整个生命周期。 **要素三：云开发** 固件负责处理设备端的数据，但要实现真正的连接，你还需一个支持你特定应用场景的云服务。这就需要大量的云开发工作，包括但不限于以下任务： - 开发一个完整的设备服务，支持远程安装和更新固件 - 设计云架构，并为所有微服务选择理想的技术方案 - 将所有设备完全集成到云服务中（注意，主流云厂商通常只提供一个端点和证书，其余工作需自行完成） - 创建顺畅的设备接入流程 - 定义所有可能的失败状态，并为每种情况提供优雅的失败处理和恢复方案 - 在数据传输之间提供临时数据存储 对于那些更希望专注于用户应用和设备功能（即客户真正能直接体验的解决方案部分）的开发人员来说，这些云开发任务可能成为一种不受欢迎的干扰。 **要素四：MVNO运营商集成** 一个真正可用的蜂窝模块的最后一块拼图并非你自己掌控：它与MVNO之间的合作，即负责你网络接入的连接提供商。根据你选择的MVNO不同，你的设备可能仅限于使用特定类型的SIM卡（如多SIMI、eSIM、iSIM、原生SIM等）。 一旦你的SIM技术与MVNO系统对接完成后，你还有更多决策要做。你将需要一个平台来激活和停用设备，并管理数据消耗。你需要将你的云端应用与连接平台集成。同时，你还需预测系统数据使用情况，这是与MVNO谈判成功的关键，而MVNO可能会根据数据使用量收费。 **蜂窝模块竞争** 在模块设计的每一个阶段，你都会面临竞争。除非你是一个在市场中已经建立巨大影响力的公司，否则你将无法享受规模经济的优势。这意味着你将比大公司支付更高的SIM卡费用和数据费用。 这也是为何从集成模块供应商处采购，而不是自己构建物联网芯片，是更明智的商业选择。这些供应商利用规模经济来降低连接成本。更重要的是，他们为你节省了构建蜂窝模块所需的成本与难度——请放心，本文只是触及了这一复杂性的表面而已。 推特分享 邮件分享 蜂窝连接 云软件 连接性 数据分析 硬件组件 → 蜂窝连接 云软件 连接性 数据分析 硬件组件